LE TEMPS ET SA MESURE

I-                  Les instruments de l’Antiquité

a)     Le cadran solaire

Les gnomons et les cadrans solaires sont les premiers instruments de mesure connus. Fondés sur le déplacement relatif du Soleil par rapport à la Terre, ils ne pouvaient fonctionner que le jour, par temps ensoleillé, et n'indiquaient qu'approximativement l'heure.

Le principe : L'extrémité de l'ombre d'un bâton planté verticalement parcourt très régulièrement un arc de cercle : on fabrique un instrument formé d'une tige, et d'un cadran, horizontal ou vertical, sur lequel sont gravés des traits indiquant l'heure. Quand la Terre tourne, l'ombre de la tige se déplace sur le cadran et indique l'heure. Attention, il nous donne l'heure solaire. En France, il faut donc ajouter deux heures en été et une heure en hiver pour obtenir l'heure exacte.

b)     L’horloge à eau ou la clepsydre

Si le cadran solaire donne l'heure pendant le jour, la clepsydre fait la même chose la nuit, et elle mesure en plus des durées plus brèves avec une bonne précision. Les clepsydres sont des horloges à eau.

Le principe : Un vase percé d'un trou laisse couler de l'eau. Des graduations situées à l'intérieur permettent de mesurer des intervalles de temps.

c)     le sablier

Si on ne voit pas beaucoup la clepsydre dans un pays où l'eau est rare, elle est remplacée sans problème par le sablier. Son inconvénient est qu'il faut souvent le retourner pour mesurer des intervalles de temps relativement longs, mais il indique avec une bonne précision la durée d'une tâche à accomplir.

d)  Les horloges à encens à bougie et à huile 

En Chine, le temps est aussi mesuré par la combustion lente d’un bâton d’encens qui brûle un fil ; ce fil est relié à une boule qui tombe dans un récipient métallique marquant ainsi une certaine durée.

Avant le Moyen Age, on utilisait aussi la combustion de la cire ou de l'huile pour connaître le temps écoulé.

II-               Les instruments du Moyen-Age au XVIIème siècle

      a)  Horloge à Verge et Foliot

Entre le XIème et le XIIIème siècle, un moine eût l'idée de l'horloge  mécanique moins sensible que les horloges à eau aux changement de températures et de pressions atmosphériques

Son principe : un poids suspendu à une corde fournit de l'énergie à la machine tandis qu'un système de blocage interrompt régulièrement la chute du lest.

Très vite cette horloge à verge et foliot va faire le tour des murs des monastères et finalement conquérir les cités.

b)     Horloges à ressort spiral et fusée

L'horloge mécanique s'impose au XIIIème siècle. Elles sont très populaires, mais peu pratiques car leur construction revient cher et leur encombrement est important. Un ressort comprimé, auquel s'adjoint "la fusée" qui fournit de l'énergie en remplacement du poids qui tombe rend ces horloges transportables.

A partir du XIIIème siècle, les dispositifs ne cessent de gagner en précision. De 15 minutes par jour au XIIIème siècle, la précision passe à 15 seconde par jour à partir de 1650.

III-            Les instruments plus récents

a)     la montre et l’horloge à quartz

Le quartz a la particularité, comme d'autre minéraux tel le saphir, de générer des charges électriques à sa surface lorsqu'on exerce sur lui des forces mécaniques : c'est l'effet piézo-électrique découvert par le physicien français Pierre Curie.

Tout choc sur un cristal engendre donc des vibrations mécaniques, d'amplitude maximale selon des directions particulières (axes mécaniques), lesquelles sont la cause de charges électriques variables. On obtient ainsi un oscillateur électrique dont la fréquence de vibration est propre au quartz lui-même. La fréquence des oscillations est très stable pourvu que le cristal conserve ses dimensions. Ces vibrations, mises en forme et associées à un moteur synchrone, sont à l'origine du mouvement des aiguilles d'une montre. La précision obtenue est dix fois plus grande que celle de la meilleure des montre mécanique : une seconde de retard en six ans.

b)     L’horloge atomique

Toujours à la recherche de la meilleure précision, pour répondre aux besoins des télécommunications ou de la navigation, en 1958 est mise au point l'horloge atomique, dont la précision est de 1 seconde pour 3000 ans. Le principe est basé sur le fait qu'un atome absorbe ou émet de l'énergie à une fréquence encore plus précise que celle du quartz. L'atome retenu est le césium Cs.

On utilise la fréquence très précise de certaines radiations émises par l’atome de Césium pour créer un signal d’horloge. La dérive de la fontaine à Césium (dernier modèle) est inférieure à 1 seconde sur 15 millions d’années.